JP2003139145A

JP2003139145A - ボールねじ支持用多点接触玉軸受

Info

Publication number: JP2003139145A
Application number: JP2001333421A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Katsuno; 美昭勝野; Susumu Tanaka; 進田中
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2003-05-14

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の組み合わせアンギュラ玉軸受と同様の
機能を維持しながら、省スペースを実現する単列のボー
ルねじ支持用多点接触玉軸受を提供する。【解決手段】ボールねじ軸を支持する内輪３２を、そ
れぞれ転動体３３と接触する軌道面をそれぞれ形成する
一対の軌道輪別体３２Ａ，３２Ｂより構成する。これに
より、単列となっても組み合わせアンギュラ玉軸受と同
様に両方向の軸方向の荷重を負荷できる。また、軌道輪
別体３２Ａ，３２Ｂの間に形成される予圧隙間Ｗ２を減
じることにより内部に予圧を加えて、ボールねじ支持用
３点接触玉軸受３の剛性を高めて、精密な位置決めを可
能にする。又、ボールねじ支持用多点接触玉軸受は摩耗
や焼付による表面損傷の確率が高いため、転動体３３
を、表面に高硬度の窒化層を有するマルテンサイト系ス
テンレス鋼より構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は多点接触軸受に関
し、特に単列となってより少ないスペースでボールねじ
を支持するボールねじ支持用多点接触玉軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体・液晶等の製造・組立工程におい
て使用される実装機・各種ボンダー・ハンドラー・搬送
ロボット等、放電加工機やレーザー加工機等の非切削型
工作機械、さらに、小径ねじ・穴加工に使用されるタッ
ピングセンター等の軽切削工作機械などには、精密な位
置決めを行うために、精密位置決め用ボールねじが使用
されることがある。

【０００３】従来、これらの機械に使用される精密位置
決め用ボールねじの回転を支持する軸受として、アンギ
ュラ玉軸受が２列組み合わせて用いられている。図９に
は、２列のアンギュラ玉軸受１がボールねじの回転軸端
部分に組み込まれる様子が示されている。アンギュラ玉
軸受１は、軸受内径寸法がφ６〜φ４０程度、呼び番号
は、形式記号が７であって、直径系列記号が０、２又は
９等で、接触角が１５〜３０°程度のものが用いられ
る。

【０００４】アンギュラ玉軸受１を構成する外輪１１
は、ハウジング６５に支持固定され、内輪１２は、ボー
ルねじ軸６０を支持し、外輪１１と内輪１２との間に挟
まれた転動体１３の転動により内輪１２に支持されたボ
ールねじ軸６０が回転する。アンギュラ玉軸受１は、そ
の他に、図示せぬ保持器を含んで構成される。保持器
は、転動体１３を部分的に取り巻き、内輪１２及び外輪
１１より構成される軌道輪の間に挟まれた転動体１３の
円周方向における一定の間隔を維持する。アンギュラ玉
軸受１は、深みぞ玉軸受に比べ保持器形状が強固になる
ので、高速回転するボールねじ軸６０の支持に適切であ
る。

【０００５】アンギュラ玉軸受１は、軸に対してその軸
の平行方向に働くアキシアル荷重と、軸に対して垂直方
向に働くラジアル荷重を負荷することができる。図に
は、軸受の正面側が近接した正面組合せに配置されたア
ンギュラ玉軸受１、２が示されている。このように、互
いに反対方向のアキシアル荷重を負荷することができる
アンギュラ玉軸受１、２が２つ組み合わされることによ
り、両方向のアキシアル荷重を受けることができる。こ
れにより、ボールねじの作用部位や軸の双方向の回転に
応じて発生する軸の両方向の荷重に対応することができ
る。

【０００６】又、アンギュラ玉軸受１を２列ならべて使
用する場合においては、図１０に示されるように、一の
アンギュラ玉軸受１の外輪１１と、もう一方のアンギュ
ラ玉軸受２の外輪２１と、の間に予圧隙間Ｗが設けられ
る。この予圧隙間Ｗにより、外輪押え６３（図９に示
す）をＹ１に示すアキシアル方向に押さえつけ、外輪１
１と外輪２１の端面を密着させることで、予圧がかけら
れる。予圧隙間Ｗの値の大小により、予圧荷重が調整で
きる。このように、軸受内部にあらかじめ荷重を加え、
内部の隙間を減少させることにより、軸受の剛性が高め
られるため、荷重による回転の中心軸の変位を抑えら
れ、位置決めが精密になる。又、軸が高速回転する場合
の、転動体のスピン滑りを抑制することができるほか、
軸の振れを抑えアキシアル方向及びラジアル方向の位置
決めを正確にする。すなわち、予圧を加えることによ
り、高度な回転精度が維持され、精密な位置決めが可能
になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、精密
な位置決めを必要とするボールねじを支持する軸受に
は、アンギュラ玉軸受が２列組み合わせて用いられてい
る。前述のように、高速回転時等における位置決めの精
度を保つためには予圧隙間の調整のような定位置予圧を
行う必要がある。又、軸の両方向の荷重の発生に対応可
能でなければならない。ゆえに、以上の条件を満たすた
めにはアンギュラ玉軸受を２列にする必要がある。

【０００８】しかし、２列組み合わせて用いることには
以下のような問題がある。まず、図９に示されるように
２列にすると１列にした場合よりも、アンギュラ玉軸受
１の軌道輪を保持するためのボールねじ軸６０部分や、
ハウジング６５のスペースを大きく確保する必要があっ
た。このスペース増は、半導体・液晶等の組立装着ライ
ンでは、実装機等が多数並んでいるため、ライン構成の
点で問題となる。

【０００９】又、１台の機械の中でボールねじを複数箇
所で使用する場合にあっては、各ボールねじ支持用軸受
ユニット部分同士の緩衝が問題となる。加えて、最近に
おいては、実装速度を上げてタクトタイム短縮化が望ま
れている。その中で、ボールねじの回転立ち上げ・立ち
下げサイクルタイムも短縮化されており、稼働部分の軽
量化による急加減速時のイナーシャ軽減要求も非常に高
い。

【００１０】更に、放電加工機やタッピングセンターに
おいては、加工率向上のため、ボールねじの送り速度の
増加や急加減速時間の短縮化が進んできており、このた
めボールねじ支持用軸受のころがり接触部の耐摩耗性の
向上が望まれてきている。本発明の目的は、省スペース
化及び軽量化のニーズを満足し、かつ正確な位置決めが
可能なボールねじ支持用多点接触玉軸受を提供するとと
もに、軸受鋼を母材とした外輪、内輪及び転動体のうち
少なくとも転動体の耐摩耗性を向上させることにより、
長期間にわたる安定した運転特性を得ることができるボ
ールねじ支持用多点接触玉軸受を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１による
ボールねじ支持用多点接触玉軸受は、内輪と転動体との
接触と、外輪と前記転動体との接触と、のうち少なくと
も一方は、２点で接触し、前記内輪及び前記外輪との接
触により前記内輪及び前記外輪の間に保持された前記転
動体が転動することにより、前記内輪に支持されたボー
ルねじ軸が回転するボールねじ支持用多点接触軸受であ
って、前記内輪及び前記外輪のうち前記転動体と２点で
接触する方の１つは、前記転動体とそれぞれに接触する
軌道面がそれぞれ形成され、かつ、互いに組み合わされ
た状態において、互いの間隔を狭めることにより予圧を
発生させるための予圧隙間が軸方向に形成された一対の
軌道輪別体からなることを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項２によるボールねじ支持用
多点接触玉軸受は、内輪と転動体との接触と、外輪と前
記転動体との接触と、のうち少なくとも一方は、２点で
接触し、前記内輪及び前記外輪との接触により前記内輪
及び前記外輪の間に保持された前記転動体が転動するこ
とにより、前記内輪に支持されたボールねじ軸が回転す
るボールねじ支持用多点接触軸受であって、前記内輪及
び前記外輪のうち前記転動体と２点で接触する方の１つ
は、前記転動体とそれぞれに接触する軌道面がそれぞれ
形成され一対の軌道輪別体から構成され、前記内輪と前
記ねじ軸とのはめあいと、前記外輪と該外輪を支持する
ハウジングとのはめあいとのうち少なくとも一方は、し
めしろが正であるしめしろはめあいとすることにより、
ねじ軸に内輪をハウジングに外輪を挿入した状態で、予
圧を発生させるようにしたことを特徴とする。

【００１３】ボールねじ支持用多点接触軸受において、
転動体との接触を３点又は４点にすることによって、軸
の両方向荷重にも対応できる。また、予圧隙間の調整又
は、しめしろはめあいとすることにより軸受内部へ予圧
を加えることができ、軸受の剛性を高めることができ
る。これにより、精密位置決め用ボールねじに要求され
る高度な回転精度を維持することができる。すなわち、
従来の複列アンギュラ玉軸受と同様の機能を発揮し、か
つ、軸受のスペースを２分の１とすることができる。

【００１４】本発明の請求項３によるボールねじ支持用
多点接触玉軸受は、請求項１又は２において、前記転動
体は、前記内輪との接触による損傷及び前記外輪との接
触による損傷を防ぐための窒化層を有することを特徴と
する。転動体の表面に硬度が高く、摺動性に優れる窒化
層を形成することにより、多点接触であるがゆえに増大
する摩耗及び焼付きの確率を抑制することができる。本
発明の請求項４によるボールねじ支持用多点接触玉軸受
は、請求項３において、前記転動体は、Ｄａを転動体直
径とした時に、表面にビッカース硬度が１２００乃至１
５００であって厚さが１．５％Ｄａ乃至６％Ｄａである
前記窒化層を有し、前記表面の窒化層を支える心部のロ
ックウェル硬度が５７以上であるマルテンサイト系ステ
ンレス鋼より構成されることを特徴とする。

【００１５】これにより、転動体に形成される窒化層の
ビッカース硬度を１２００乃至１５００とすることによ
り、耐摩耗性、耐焼付性を発揮することができる。ま
た、窒化層の厚さを１．５％Ｄａ乃至６％Ｄａとするこ
とにより、鋼の物性を保持し、又、過窒化による脆弱層
の生成を防止して、安定した窒化層を得ることができ
る。窒化層を支える心部は、高炭素クロム軸受鋼よりも
熱膨張係数の小さいマルテンサイト系ステンレス鋼とす
ることにより、温度上昇時の熱膨張による予圧増加を抑
えるとともに、窒化層を支える心部硬度を維持すること
ができる。

【００１６】本発明の請求項５によるボールねじ支持用
多点接触玉軸受は、請求項３又は４において、前記転動
体は、表面粗さが０．１μｍＲａ以下であることを特徴
とする。転動体の表面粗さを０．１μｍＲａ以下とする
ことにより、窒化層表面が、軌道輪の転動体との接触部
分に対して及ぼす攻撃性を弱め、接触部分の損傷を防ぐ
ことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。なお、以下の説明において
参照する各図においては、他の図と同等の部分が同一符
号によって示されている。以下、ボールねじ軸用多点接
触玉軸受の構成について説明した後、その材料、製法及
び窒化処理について説明する。

【００１８】（構成）図１には、本実施例に係るボール
ねじ支持用３点接触玉軸受３がボールねじ回転軸端部分
に組み込まれている様子が示されている。上記に説明し
たように、外輪３１はハウジング６５に支持され、ボー
ルねじ軸６０は内輪３２に支持されて回転する。ボール
ねじ支持用３点接触玉軸受３の詳しい構成については、
図２をも参照して説明する。図２には、図１に用いられ
るボールねじ支持用３点接触玉軸受３が示され、（Ａ）
にはその外輪が、（Ｂ）にはその内輪が示されている。
ボールねじ支持用３点接触玉軸受３は、外輪３１と内輪
３２とからなる軌道輪と転動体３３及び図示せぬ保持器
より構成される。

【００１９】外輪３１及び内輪３２より構成される軌道
輪は、軌道面を形成する。この軌道面は、転動体３３と
異なる曲率を有するため転動体３３と１点で接触する。
本発明においては、少なくとも１つの軌道輪が、転動体
３３と２点で接触する。２点で接触する軌道面は、２点
で接触する内輪３２を図２（Ｂ）のように断面から見た
場合に、少し離れた円中心Ｐを持つ２つの円弧より成り
立っている。この断面形状としては、図２に示されるゴ
シックアーチのほかに、歪円、Ｖ字形などがある。図１
に示される実施例においては、外輪３１が、転動体３３
と１点で接触する軌道面を形成し、内輪３２は転動体３
３と２点で接触するゴシックアーチ状の軌道面を形成し
ている。

【００２０】このように、軌道輪の一方又は両方が２点
で接触する３点又は４点接触玉軸受にすることにより、
単列でも、両方向のアキシアル荷重を受けることができ
る。軌道輪のどちらを２点接触とするか、また３点又は
４点接触のどちらとするかは、ボールねじの用途あるい
は組込み部分の構成により選択することができる。図３
には、外輪４１及び内輪４２がそれぞれ２点で接触する
ボールねじ支持用４点接触玉軸受４が示されている。

【００２１】又、本実施例においては、２点で接触する
内輪４２が、それぞれ転動体４３と接触する別々の軌道
面を構成する一対の軌道輪別体として構成されている。
別体とすることにより、後述するように、予圧を加える
ための予圧隙間を形成することができる。又、軌道輪の
間に保持する転動体４３の数を多くすることができ、軸
受の受ける荷重を大きくすることができる。別体となる
軌道輪は特に限定されず、外輪４１が別体となってもよ
く、転動体４３と２点で接触する軌道輪の一方が別体と
して構成されればよい。図４及び図５には、本実施例に
おいて適用可能なボールねじ軸用多点接触玉軸受が示さ
れている。図４（Ａ）には、内輪３２が別体となり、同
図（Ｂ）には、外輪３１が別体となっているボールねじ
支持用３点接触玉軸受３が示されている。更に、図５
（Ａ）には、内輪が別体となり、同図（Ｂ）には、外輪
が別体となっているボールねじ支持用４点接触玉軸受４
が示されている。いずれを別体とするかは、ボールねじ
軸用多点接触玉軸受とその組込み部分とのはめあいの状
態や、組込み部分の構成等による。図６には、図４
（Ｂ）に示されるように外輪が軌道輪別体より構成され
ているボールねじ支持用３点接触軸受が、ボールねじ回
転軸端部分に組み込まれている様子が示されている。

【００２２】別体とすることにより、図４（Ａ）に示さ
れるように、予圧隙間Ｗ２を形成することが可能にな
る。予圧隙間Ｗ２は、ボールねじ支持用３点接触玉軸受
３を組み立てた場合に、一対の軌道輪別体３２Ａ，３２
Ｂの間にできる隙間である。予圧隙間Ｗ２の隙間を、ボ
ールねじ支持用３点接触玉軸受３の組立後、軸受ナット
や抑え蓋で軌道輪別体３２Ａ，３２Ｂを軸方向に押し付
けることにより０にする（３２Ａ，３２Ｂを密着させ
る）。これにより、ボールねじ支持用３点接触玉軸受３
内部には矢印Ｙ２及びＹ３に示されるように予圧が加え
られる。予圧量は、予圧隙間Ｗ２の製作時の値の大小で
調整できる。予圧量を加えることができるため、ボール
ねじ支持用３点接触玉軸受３の剛性が高められ、位置決
めの精度を上げることができる。すなわち、従来におい
てはアンギュラ玉軸受を複列にしてその列間を狭めるこ
とにより加えていた予圧を、単列のままで加えることが
できる。

【００２３】また、同様の目的の予圧は、予圧隙間によ
らないでも、ボールねじ軸用多点接触軸受とその組込み
部分とのはめあいを、しめしろが正となるしめしろはめ
あいとすることによっても、与えることができる。しめ
しろが正であるとは、一の物体の内径に、他方の物体の
外径を合わせることによりはめあう場合において、該内
径よりも該外径の方が大きい状態である。すなわち、図
１においては、内輪３２とボールねじ軸６０とのはめあ
いにおいて、ボールねじ軸６０の外径よりも内輪３２の
内径を小さくする。又は、外輪３１とハウジング６５と
のはめあいにおいて、外輪３１の外径よりも、ハウジン
グ６５の内径を小さくする。外輪３１及び内輪３２双方
をしめしろはめあいとしてもよい。これにより、内外輪
と転動体とが互いに組み合わされた状態では、転動体と
軌道面間には隙間が存在するが、ボールねじ軸６０に内
輪３２を、ハウジング６５に外輪３１を挿入した状態で
は、ボールねじ軸６０又はハウジング６５からボールね
じ軸用多点接触軸受内部に予圧を加えることができ、予
圧隙間の調節によって予圧を加えるのと同様の効果を得
ることができる。尚、この場合において、内外輪と転動
体とが組み合わされた状態で既に予圧が加えられていて
も、勿論差し支えない。

【００２４】転動体３３は、本実施例においては、球を
用いる。球の直径は、標準のアンギュラ玉軸受に比べて
小さいものとし、その代わり転動体３３間のピッチを狭
めて転動体３３の数を大きくする。これにより、軸受の
負荷容量を保ったまま、転動体３３の剛性を高め高精度
の位置決めを可能にする。保持器３５に保持される転動
体３３が図７（Ｂ）に示されている。同図においては、
上記のように多数の転動体３３が配置されている。又、
更に負荷容量を上げる必要が生じたような場合には、保
持器３５のない総玉設計も可能である。転動体３３に使
用される材料については、後述する。

【００２５】保持器３５の構成は、図７（Ａ）及び図７
（Ｂ）に示されている。軌道輪の間にあって、冠型の凹
凸を有し、その凸部分３５Ａと凸部分３５Ａの間におい
て転動体３３の一つ一つを保持する。これにより、転動
体３３が転動しても互いの位置を保つことができる。保
持器３５に用いる材質は、例えば、ポリアミド、ポリア
セタール、ポリフェニレンサルファイド等の合成樹脂で
ある。以上、単列のボールねじ軸用多点接触玉軸受にお
いて、少なくとも１つの軌道輪が転動体と２点において
接触することにより、両方向のアキシアル荷重を受ける
ことができる。また、このボールねじ支持用多点接触玉
軸受が構成する予圧隙間の隙間量調節によって、又は、
ボールねじ支持用多点接触玉軸受とその組込み部分との
はめあいをしめしろはめあいとすることにより予圧を加
えることができる。これにより、単列としても、複列と
した場合と同様に、両方向荷重への対応と予圧による高
回転精度を維持するとともに、複列とするよりもそのス
ペースを減少させることができる。（材料）以上、本実施例に係るボールねじ支持用多点接
触玉軸受の構成について説明したが、上記構成を採用す
る場合には、以下に説明するような問題がある。

【００２６】軸受が急加減速を伴う連続運転を行った場
合、軸受部分は急激な温度上昇が生じるとともに、内輪
と外輪とに温度差が発生する。通常ボールねじ支持用軸
受は、図１に示されるように、その内輪３２がボールね
じ軸６０に挿入され空に浮いた状態であり、外輪３１は
ハウジング６５に挿入され、かつハウジングは図示せぬ
ベースブロックを介して機台上に固定されている。この
ため、このような構造上の熱伝達性の差により、内外輪
温度差が生じる。加えて、ボールねじ支持用軸受特有の
作用として、ボールねじ６１はボールねじ軸ナット６６
に転動体３３を介してころがり接触するため、ボールね
じ６１に接触時のころがり摩擦による熱が発生する。こ
の熱がボールねじ軸６０を通して内輪３２に伝わるた
め、内外輪温度差は更に大きいものとなる。この内外輪
温度差は、外輪３１に比し内輪３２が膨張するため軸受
内部の隙間の減少をもたらし、軸受内部の予圧が稼動前
よりも上昇する。これにより、焼き付きの度合いを決め
るＰＶ値や動トルクが大きくなる。

【００２７】更に、従来使用している２列組み合わせア
ンギュラ玉軸受に比べ、多点接触部（転動体と内外輪の
軌道面の接触部）のスピン滑りがかなり大きい。ゆえ
に、上記のようなボールねじ支持用軸受特有の厳しい使
用条件の中で、上記構成によるボールねじ軸用多点接触
玉軸受を適用した場合においては、軸受内部の転がり接
触部に摩耗や焼き付き等の表面損傷が発生する確率が非
常に高いものとなる。ゆえに、本発明に係るボールねじ
支持用多点接触玉軸受を安定的に稼動させ、省スペース
化を実現するためには、摩耗や焼き付き等の表面損傷の
発生する確率をより低いものにするための以下の材料を
選択する必要がある。以下、この材料について説明す
る。

【００２８】本実施例においては、転動体と、転動体と
接触する軌道輪の部分のうち、転動体について、表面窒
化層を形成するマルテンサイト系ステンレス鋼を使用す
る。マルテンサイト系ステンレス鋼は、通常軸受に使用
される高炭素クロム軸受鋼よりも熱膨張係数が小さい。
このため、稼動時の発熱による転動体の膨張を抑制し、
予圧の上昇を防ぐことができる。又、マルテンサイト系
ステンレス鋼を使用することにより、後述する窒化処理
によるＣｒ窒化物の析出等による窒化層の高硬度化を図
ることができ、窒化層を支える心部硬度を確保すること
ができる。

【００２９】マルテンサイト系ステンレス鋼の炭素とＣ
ｒの含有量の関係は、以下の式を満たすものとすること
が望ましい。炭素重量％ ≦ −０．０５×Ｃｒ重量％＋１．４
１これを満たさない場合には、素材中に凝固過程で生成し
た長径１０μｍを越える粗大な共晶炭化物を含有するこ
とになり、十分な疲労強度を得られがたくなることがあ
る。また、その場合には、仕上げ加工の際に、これら共
晶炭化物が仕上げ加工精度を阻害して目標精度が得られ
なくなるなどの問題が生じることがある。

【００３０】又、マルテンサイト系ステンレス鋼の炭素
と窒素の総含有量は、０．５％以上であることが望まし
い。窒化処理は、通常の焼戻温度よりも高い温度で行わ
れるため、心部は、焼戻を受けることになる。この焼戻
により心部の軟化を防ぐためである。窒化層は、マルテ
ンサイト系ステンレス鋼よりなる転動体に、後述する窒
化処理を施すことによりその表面に形成される。窒化層
が形成された転動体の様子が図８に示されている。窒化
層３３Ａは、マルテンサイト系ステンレス鋼３３Ｂより
なる転動体３３の表面を均一に覆っている。

【００３１】通常の軸受では、内外輪・転動体ともに、
ＳＵＪ２が用いられている。今回は、実施例１として内
外輪がＳＵＪ２、転動体材料に窒化処理したＳＵＳ４４
０Ｃが、又、実施例２として、内外輪がＳＵＪ２、転動
体材料に窒化処理した０．７Ｃ−１３Ｃｒマルテンサイ
ト系ステンレス鋼又は０．４５Ｃ−１３Ｃｒ−０．１４
Ｎマルテンサイト系ステンレス鋼が用いられている。な
お、使用条件が過酷な場合には、転動体にＳＵＳ４４０
Ｃを用いた場合に、その鋼中に内在する粗大な共晶炭化
物に起因した早期フレーキングが生じる場合もあるた
め、実施例２がより優れている。窒化層の表面硬さは、
Ｈｖ１２００〜１５００である。窒化層の縦弾性係数は
２４０ＧＰａ程度であり、ＳＵＪ２の縦弾性係数は２０
８ＧＰａ程度である。

【００３２】このように、熱膨張係数が比較的小さいマ
ルテンサイト系ステンレス鋼に、めっきや蒸着膜とは異
なり剥離しがたい窒化層を形成することにより、稼働中
の転動体の熱膨張を抑制し、予圧増加を起こり難くする
ことができる。また、窒化層は、高硬度であり、摺動性
にも優れるため、摩耗、焼き付き等による転動体の表面
損傷を効果的に抑制することができる。（製造方法）次に、上記材料の転動体の製造方法につい
て説明する。

【００３３】まず、冷間で引抜加工された線材を用い、
ヘッダーによる冷間加工あるいは、切削加工とフラッシ
ング等により素球を製作する。その素球を焼き入れ、焼
戻し、場合によってはサブゼロ処理を併用することで硬
化させる。その後、焼き戻された素球を、目標寸法、す
なわち完成品寸法に設定取りしろを加算した寸法まで研
削加工し、半加工球とする。設定取りしろは、具体的に
は目標とする精度まで仕上げ加工を行なう際の必要取り
しろを意味するが、ここでは窒化処理による膨張量も含
めたものを意味している。

【００３４】窒化処理前の素球が焼入れされたままの状
態のものは、その真球度あるいは、直径相互差等は非常
に大きく、一般には数十μｍ〜百μｍ程度の設定取りし
ろが必要である。したがって、焼入れされたままの素球
に窒化層を形成すると、窒化層が不均一に削られること
になり、窒化層の厚さが不均一になる。これと同時に、
窒化処理によって生じた内部応力のバランスが崩れて、
要求精度を出すために仕上げ加工に長時間を要したり、
目標精度が達成できなくなる場合もある。また、転動体
の耐久性にも影響を与える場合もある。

【００３５】これらの問題は、焼入れされたままの素球
で特に顕著であるが、半加工球であってもその精度が不
十分である場合には、要求精度を満足できなかったり、
仕上げ加工に長時間を要したりする場合がある。このた
め、半加工球の真球度は３．０μｍ以下、好ましくは
１．０μｍ以下が必要である。また、半加工球は、焼入
れ後に焼戻しを施しておかないと、焼入れ時に蓄積され
た内部残留応力が完成品品質に悪影響を与える場合もあ
るため、前述した下地の硬度が満足できる範囲で焼戻し
を行なうと良い。さらに、取り扱い上の表面キズ発生の
防止対策、あるいは、強度面等から、半加工球を製作す
る上で熱処理後、バレルあるいはボールビーニング等の
機械的硬化加工によって、さらに硬度を高めても良い。

【００３６】その結果、得られた半加工球は、窒化層を
支える下地が、ＨＲＣ５７以上を満足するような構成と
したため、軸受が高負荷条件で作動した場合において
も、耐久性を保持することができる。又、半加工球に後
述する窒化処理を施すことにより、その表面にビッカー
ス硬度１２００〜１５００の非常に硬質かつ靭性に優れ
る窒化層を非常に均一な膜厚となるように形成せしめる
ことができる。（窒化処理）以下、上述の製造方法によって加工された
半加工球に窒化処理を施すことにより、マルテンサイト
系ステンレス鋼球の表面に窒化層を形成するための窒化
処理について説明する。

【００３７】窒化層（適切な窒素濃度及び硬さを有する
層）の形成方法としては、塩浴等による液体窒化処理
や、ガス窒化処理や、イオン窒化処理があげられる。こ
のうち、イオン窒化処理は、処理温度が比較的高く、そ
の際芯部は、母材の耐熱性を考慮しても、焼戻しにより
軟化し、十分な下地としての硬度が得られにくい。ま
た、球体形状物の表面に均一な窒化層を形成させること
が困難な場合がある。このため、４８０℃以下において
窒化層形成が可能な、通常の塩浴窒化処理あるいは、ガ
ス窒化処理によることが好ましい。

【００３８】また、窒化層は、特に処理温度が高い場合
に、その最表面に数μｍ程度の脆弱な化合物層（ξ相あ
るいはε相単相からなる擬似セラミックス層）が膜状に
形成される場合があるため、窒化処理温度はさらに好ま
しくは４６０℃以下とする。また、このように処理温度
がより低いものであると、窒化層がより繊密なものとな
って粗悪なボーラス層も生成しない。本発明における窒
化層はξ相（Ｆｅ₂Ｎ）、ε相（Ｆｅ₂〜₃Ｎ）、γ‘相
（Ｆｅ₄Ｎ）、ＣｒＮ、及びＣｒ₂Ｎ等のうち１種また
は、２種以上の窒化物がマルテンサイト地に多量に析出
したものであり、著しく硬さが高いことに加え、高い靭
性も有するため、転動体の損傷を極めて抑制できる。

【００３９】窒化層の厚さは、大きすぎると処理コスト
がかさむだけでなく、過窒化により窒化後の膨張や変形
等が顕著になって脆弱層が生成され、安定した窒化層が
得られなくなる。この場合には、仕上げ加工費も増大
し、また、鋼の物性も損なわれる。このため、望ましく
は、１．５％Ｄａ（球直径の１．５％の意）以上６％Ｄ
ａ以下であることが好ましい。表面硬さビッカース硬度
を１２００〜１５００としたのは、例えば、窒化処理温
度が高くて、表面硬さが低下した場合には、摩耗・焼き
付き等による表面損傷防止の効果が得られ難いためであ
る。ビッカース硬度１５００以上を達成するためには、
Ｓｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ａｌ等の窒化物形成元素を多量
に添加したりする必要があり、窒化層厚さが得られ難く
なったり、素材費が著しくコストアップする等の弊害が
生じる。

【００４０】また、窒化層を形成させた転動体は、引き
続いて仕上げ加工を行ない、その表面粗さを０．１μｍ
Ｒａ以下とすることが好ましい。こうすることで、その
窒化層表面が相手部材の表面への攻撃性を弱めることが
できる。以上のように、転動体の表面に窒化層を形成さ
せることにより、多点接触玉軸受特有の多点接触である
が故の、ころがり接触部の過大なＰＶ値の条件下におけ
る磨耗や焼き付きを防止することができる。また、最
近、特に要求が出てきている高速、かつ、急加減速運転
条件に多点接触玉軸受を採用した時、軸受の損傷を防止
でき、ボールねじの安定した回転特性に寄与することが
できる。

【００４１】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
おいては、ボールねじ軸支持用多点接触玉軸受を用いる
ことにより、組み合わせアンギュラ玉軸受と同等の機能
を実現することができる。この結果、軸受のスペースが
２分の１となり、機械の省スペース化による設計の多様
性確保や構造簡単によるコストダウンができる。又、軸
受稼動部の軽量化による高速回転要求にも対応すること
ができる。

【００４２】又、転動体に、マルテンサイト系ステンレ
ス鋼を用いることにより、熱膨張による予圧増加を防止
することができる。更に、軸受鋼を母材とした転動体の
表面に窒化層を形成させることで、多点接触玉軸受の適
用が可能となり、又最近の傾向であるボールねじの急加
減速運転や、ねじ送りの高速化に対しても、軸受の耐摩
耗性及び耐焼付性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ボールねじ支持用３点接触玉軸受がボールねじ
回転軸端部分に組み込まれている様子を表す図である。

【図２】（Ａ）は、３点接触玉軸受の外輪の断面図，
（Ｂ）は、３点接触玉軸受の内輪の断面図である。

【図３】（Ａ）は、４点接触玉軸受の外輪の断面図，
（Ｂ）は、４点接触玉軸受の内輪の断面図である。

【図４】（Ａ）は、内輪が軌道輪別体となったボールね
じ支持用３点接触玉軸受の断面図，（Ｂ）は、外輪が軌
道輪別体となったボールねじ支持用３点接触玉軸受の断
面図である。

【図５】（Ａ）は、内輪が軌道輪別体となったボールね
じ支持用４点接触玉軸受の断面図，（Ｂ）は、外輪が軌
道輪別体となったボールねじ支持用４点接触玉軸受の断
面図である。

【図６】外輪が別体となったボールねじ支持用３点接触
玉軸受がボールねじ回転軸端部分に組み込まれている様
子を表す図である。

【図７】（Ａ)は、軸受に設けられる保持器を説明する
断面図、（Ｂ）は、保持器を説明する斜視図である。

【図８】窒化層を形成した転動体を説明する断面図であ
る。

【図９】２列のアンギュラ玉軸受１がボールねじ回転軸
端部分に組み込まれる様子を説明する図である。

【図１０】２列組み合わせアンギュラ玉軸受による予圧
隙間の形成を説明する図である。

【符号の説明】

１、２アンギュラ玉軸受３ボールねじ支持用３
点接触玉軸受４ボールねじ支持用４
点接触玉軸受１１、３１、４１外輪１２、２２、３２、４２内輪１３、３３、４３転動体３２Ａ，３２Ｂ軌道輪別体４２Ａ、４２Ｂ３５保持器３５Ａ凸部分６０ボールねじ軸６１ボールねじ６３外輪押え６５ハウジング６６ボールねじ軸ナットＷ，Ｗ２予圧隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J101 AA04 AA42 AA54 AA62 BA10 BA53 BA54 BA64 DA02 EA06 FA15 FA53 GA60

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内輪と転動体との接触と、外輪と前記転
動体との接触と、のうち少なくとも一方は、２点で接触
し、前記内輪及び前記外輪との接触により前記内輪及び
前記外輪の間に保持された前記転動体が転動することに
より、前記内輪に支持されたボールねじ軸が回転するボ
ールねじ支持用多点接触軸受であって、前記内輪及び前
記外輪のうち前記転動体と２点で接触する方の１つは、
前記転動体とそれぞれに接触する軌道面がそれぞれ形成
され、かつ、互いに組み合わされた状態において、互い
の間隔を狭めることにより予圧を発生させるための予圧
隙間が軸方向に形成された一対の軌道輪別体からなるこ
とを特徴とするボールねじ支持用多点接触玉軸受。
【請求項２】内輪と転動体との接触と、外輪と前記転
動体との接触と、のうち少なくとも一方は、２点で接触
し、前記内輪及び前記外輪との接触により前記内輪及び
前記外輪の間に保持された前記転動体が転動することに
より、前記内輪に支持されたボールねじ軸が回転するボ
ールねじ支持用多点接触軸受であって、前記内輪及び前
記外輪のうち前記転動体と２点で接触する方の１つは、
前記転動体とそれぞれに接触する軌道面がそれぞれ形成
され一対の軌道輪別体から構成され、前記内輪と前記ね
じ軸とのはめあいと、前記外輪と該外輪を支持するハウ
ジングとのはめあいとのうち少なくとも一方は、しめし
ろが正であるしめしろはめあいとすることにより、ねじ
軸に内輪を、ハウジングに外輪を挿入した状態で、予圧
を発生させるようにしたことを特徴とするボールねじ支
持用多点接触玉軸受。
【請求項３】前記転動体は、前記内輪との接触による
損傷及び前記外輪との接触による損傷を防ぐための窒化
層を有することを特徴とする請求項１又は２記載のボー
ルねじ支持用多点接触玉軸受。
【請求項４】前記転動体は、Ｄａを転動体直径とした
時に、表面にビッカース硬度が１２００乃至１５００で
あって厚さが１．５％Ｄａ乃至６％Ｄａである前記窒化
層を有し、前記表面の窒化層を支える心部のロックウェ
ル硬度が５７以上であるマルテンサイト系ステンレス鋼
より構成されることを特徴とする請求項３記載のボール
ねじ支持用多点接触玉軸受。
【請求項５】前記転動体は、表面粗さが０．１μｍＲ
ａ以下であることを特徴とする請求項４記載のボールね
じ支持用多点接触玉軸受。